KR0178324B1 - 앵커파일 및 그의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조물의 침하 및 융기방지 기능을 겸하여 갖는 앵커파일(anchor pile)과 앵커파일을 이용한 시공방법에 관한 것이다.

본 발명의 앵커파일은 지층의 암반층 상부의 연약 지반층에 파일링되는 강관과;상기 강관의 내측으로 연약 지반층을 관통하여 암반층의 소정 깊이까지 천공되는 설치공에 삽입되고 요철부가 외주부에 형성된 복수개의 금속재 단위 지지봉이 연결되어 형성되는 연결 지지봉과;상기 지층에 형성된 설치공의 내부에 충전되어 상기 연결 지지봉과 결합됨과 아울러 상기 암반층과 결합되는 시멘트 그라우트와;상기 연결 지지봉의 상단부를 구조물의 기초부에 고정시키기 위한 고정수단을 포함하여, 구조물의 침하방지와 융기방지 기능을 겸하여 갖도록 구성된다.

그리고, 본 발명 앵커파일의 시공방법은 지층에 형성된 설치공에 연결 지지봉을 삽입하고, 시멘트 그라우팅하여 양생한 후, 연결 지지봉의 상부에 구조물의 기초부를 형성하는 과정으로 시공하는 것으로, 종래의 침하방지를 위한 파일공사와 융기방지를 위한 앵커공사의 두가지의 공사를 행함으로써 요구되는 시공비용 및 기간에 비하여 본 공법 한가지로 대체할 수 있으므로 전체적인 시공비용 및 공기를 절감할 수 있으며, 지하철 공사장 및 기존 구조물의 협소한 지하공간에서의 용이하게 작업할 수 있고, 소음이 적으므로 도심지 내의 구조물 공사에 특히 유용한다.

Description

앵커파일 및 그의 시공방법

본 발명은 앵커파일 및 그의 시공방법에 관한 것으로, 특히 연약지반 위에 건축물 등의 구조물을 신축할 경우 구조물이 자체 중량에 의해 침하하거나, 지하수등에 의해 유동되어 융기되는 침하과 융기 현상을 동시에 겸하여 방지하도록 한 앵커파일 및 그의 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 연약지반위에 건축물 등의 구조물을 신축하게 되면 제1도에 도시한 바와 같이, 구조물(1)에는 자중에 의하여 침하하려는 축력(F1)이 작용하고, 지하수(3)에 의해 유동되려는 부력(F2)이 작용하게 된다. 그리고 구조물(1)에는 축력(F1)과 부력(F2)이 균일하게 작용하지 않고, 상대적으로 지반이 약한 곳, 또는 자중이 크게 걸리는 부분, 수압이 크게 걸리는 곳을 중심으로 휨 모멘트 또는 비틀림 힘으로 작용하게 된다.

종래에는 구조물(1)의 축력(F1)에 대항하여 침하됨을 방지하기 위하여 콘트리트 파일 또는 강관 파일(9)을 연약 지반층(5)을 통하여 단단한 조직을 갖는 암반층(7)까지 파일링 한후, 구조물(1)의 기초부(11)와 파일(9)을 연결하고, 기초부(11)위에 H빔(13)을 설치하는 등의 골조공사를 행하여 구조물(1)을 신축하였다.

그리고, 부력(F2)에 대항하여 유동됨을 방지하기 위하여 암반층(7)내에 지중앵커(15)를 고정하고, 이 지중앵커(15)와 기초부(11)위에 설치되는 고정판(17) 사이에 강연선(19)을 연결하였다.

통상 구조물(1)을 신축하는 경우에는 파일과 앵커설치작업을 함께 행하여야 하는 바, 만일 초기의 지반 조사시에는 지하 수위가 일정한 위치에 있어 이 지하수위를 고려하여 축력 대항용 파일을 설치하지 않고, 단지 부력 대항용 앵커만을 설치한 경우에는 강우, 계절의 변화 또는 주변 구조물을 신축할 때에 행하는 굴토 공사에 의해 인접한 지역의 지하 수위가 변동될 수 있으며, 이 경우에는 앵커(15)와 고정판(17) 사이에 연결된 강연선(19)에 미리 가해져 있던 선인장력(先引張力)이 구조물(1)에 작용하고 있기 때문에 지반 침하가 가속화된다는 문제점이 있다.

상기한 바와 같이, 종래에는 구조물(1)의 침하와 융기 문제를 모두 대비하기 위하여 파일링 작업과 지중앵커 설치 작업을 병행하여 행하여야 하므로 재료비, 인건비, 설비비 등의 시공비가 크게 발생하게 되는 문제점이 있다.

그리고, 파일을 이용하는 종래의 침하방지 공법은 예를들어 지하철 공사를 하는 경우 지하로 굴토한 후, 측벽 붕괴 방지용 지지빔을 지하로부터 2∼4m의 높이에 수평으로 설치하게 되며, 이 경우 파일 천공용 장비를 50톤 내외의 대규모의 중량 장비이므로 장비의 진입이 매우 어려운 문제점이 있으며, 종래의 파일링 공법으로 파일링을 하는 경우에는 시공장소에 따라서는 대형 장비의 진입이 곤란하여 파일링 작업이 불가능한 경우도 발생하여 기초공사가 부실하게 되고 구조물의 내구력이 떨어지게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 결함 및 문제점을 해소하기 위하여 창안한 것으로, 연약지반 위에 신축되는 구조물의 침하와 융기 현상을 동시에 겸하여 방지할 수 있게 되는 앵커파일 및 그의 시공방법을 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 앵커파일은 지층의 암반층 상부의 연약 지반층에 파일링되는 강관과, 상기 강관의 내측으로 연약 지반층을 관통하여 암반층의 소정 깊이까지 천공되는 설치공에 삽입되고 요철부가 외주부에 형성된 복수개의 금속재 단위 지지봉이 연결되어 형성되는 연결 지지봉과, 상기 지층에 형성된 설치공의 내부에 충전되어 상기 연결 지지봉과 결합됨과 아울러 상기 암반층과 결합되는 시멘트 그라우트와, 상기 연결 지지봉의 상단부를 구조물의 기초부에 고정시키기 위한 고정수단을 포함하여, 구조물의 침하방지와 융기방지 기능을 겸하여 갖도록 구성된다.

그리고, 본 발명앵커파일의 시공방법은 지층의 암반층 상부의 연약 지반층에 강관을 파일링하는 강관 파일링단계와, 상기 강관의 내측으로 연약 지반층을 관통하여 암반층의 소정 깊이까지 설치공을 천공하는 천공단계와, 요철부가 외주부에 형성된 복수개의 금속재 단위 지지봉을 연결하여 연결 지지봉을 형성하고 이 연결 지지봉을 상기 지층의 설치공의 중앙부에 위치하도록 삽입하는 연결 지지봉 삽입단계와, 상기 지층의 설치공에 시멘트 그라우트를 주입하고 양생시켜 상기 연결 지지봉과 암반층과 시멘트 그라우트를 강하게 결합되는 그라우팅 결속단계와, 상기 연결 지지봉의 상단부에 고정판을 고정하고 이 고정판이 매설되도록 구조물의 기초부를 형성하는 기초부 형성단계를 포함하여 구성된다.

또, 본 발명의 앵커파일은 연결 지지봉을 상기 시멘트 그라우트부의 중앙부에 고정시키기 위한 중심유지수단과, 상기 시멘트 그라우트를 충전시키기 위하여 연결 지지봉의 외주부에 길이방향으로 결합되는 시멘트 그라우트용 호스를 포함하여 구성된다.

상기 단위 지지봉은 외주부에 요철부로서 나사가 형성된 나사봉이고, 상기 연결 지지봉은 상기 복수개의 단위 지지봉을 나사가 내주면에 형성된 커플러에 의해 연결 고정된다.

상기 고정수단은 상기 기초부에 매셜되고 상기 연결 지지봉의 상단부가 고정되는 고정판과, 상기 연결 지지봉을 고정시키기 위하여 상기 고정판의 상, 하부에 위치하도록 상기 연결 지지봉의 상단부에 각각 체결되는 앵커너트로 구성된다.

또한, 본 발명의 앵커파일의 시공방법에서 상기 연결 지지봉을 지층의 설치공에 삽입하는 단계에서는 연결 지지봉에 복수개의 중심유지부재를 사용하여 연결 지지봉이 중앙부에 위치하도록 작업하는 것이 바람직하며, 상기 강관 파일링 단계에서는 강관의 하단부가 상기 암반층의 경계면에 접촉되도록 파일링하는 것이 바람직하며, 구조물의 기초부를 형성하는 단계에서 상기 연결 지지봉과 고정판 및 기초부의 결합강도 보강을 위하여 상기 연결 지지봉의 상단부와 고정판을 보강철근으로 연결하고 기초부를 형성할 수 있다.

상기한 바와 같이, 앵커파일을 시공하고 구조물을 구축하면, 앵커파일의 하단부가 암반층에 고정되고 상단부가 기초부에 고정되므로 지하수에 의한 부력에 대항하여 융기를 방지할 수 있으며, 또 연결 지지봉과 이 연결 지지봉을 둘러 싼 시멘트 그라우트와 지반의 주면 마찰력에 의해 구조물의 중량에 의한 축력에 대항하여 침하를 방지할 수 있는 침하방지 및 융기방지의 지지구조를 형성한다.

따라서, 본 발명은 종래에 별도의 공정으로 행하였던 파일링 공정과, 앵커 시공공정을 앵커파일 하나의 시공공정으로 대체할 수 있으며, 본 발명의 앵커파일을 시공하기 위한 천공장비는 좁은 공간에 쉽게 진입이 가능하므로, 특히 대도시의 지하철 공사현장 및 기존 구조물의 보강공사 현장과 같이 파일링을 위한 대형 항타 장비의 진입이 불가능한 협소한 공사장에서 작업하기가 매우 용이하며, 소음이 적어 협소한 공간에서의 공사에 매우 적합한 공법이다.

제1도는 종래 구조물의 침하와 융기방지를 위한 파일과 앵커구조를 보인 단면도.

제2도 내지 제5도는 본 발명에 관한 도면으로서,

제2도는 본 발명에 따라 구조물의 침하와 융기방지 기능을 겸하여 갖는 앵커 파일의 설치예를 보인 단면도.

제3(a)도 및 제3(b)도는 중심유지부재의 대한 정면도 및 평면도.

제4(a)도는 커플러의 종단면도.

제4(b)도는 4(a)도의 X-X선 단면도.

제5(a)도는 앵커너트의 종단면도.

제5(b)도는 5(a)도의 Y-Y선 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

5 : 연약 지반층 7 : 암반층

11 : 기초부 21 : 연결 스레드바

21A∼21N : 단위 스레드바 23 : 커플러

25 : 중심유지부재 25A : 돌출부

27 : 설치공 29 : 그라우트용 호스

31 : 밴드 33 : 강관

35 : 시멘트 그라우트 39A, 39B : 앵커너트

41 : 고정판 43 : 보강철근

이하, 이와 같은 본 발명을 첨부한 도면에 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.

제2도에는 본 발명에 따라 구조물의 침하와 융기방지 기능을 겸하여 갖는 앵커파일의 설치예를 보인 단면도, 제3(a)도 및 제3(b)도에는 중심유지부재의 대한 정면도 및 평면도가 각각 도시되어 있고, 제4(a)도에는 커플러의 종단면도, 제4(b)도에는 제4(a)도의 X-X선 단면도가 각각 도시되어 있으며, 제5(a)도에는 앵커너트의 종단면도, 제5(b)도에는 제5(a)도의 Y-Y선 단면도가 각각 도시되어 있다.

본 발명에 의한 앵커파일은 제2도와 같이 외주부에 나사가 형성된 연결 스레드바(21)가 제4도와 같이 내주부에 나사가 형성된 커플러(23)에 의해 상호 연결되고, 연결 스레드바(21)의 외주부에는 제3도와 같이 다수의 돌출부(25A)를 갖는 복수개의 중심유지부재(25)가 결합된다.

상기 중심유지부재(25)는 중심유지수단의 한 형태로서, 제3도와 같이, 복수개 (도면에는 6개)의 돌출부(25A)와 홈이 형성된 구조로서, 지층에 천공된 설치공(27)에 연결 스레드바(21)가 삽입될 때에 연결 스레드바(21)의 위치가 설치공(27)의 중앙부에 설정되도록 하는 기능을 갖는다.

상기 각 단위 스레드바(21A∼21N)는 단위 지지봉의 한 형태이고, 연결 스레드바(21)는 연결 지지봉의 한 형태로서, 상기 단위 스레드바(21A∼21N)는 구조물의 축력을 고려하여 강철재(steel)로 제작되고, 그 직경은 예를 들어 통상 25∼250mm 범위로 결정된다. 상기 단위 스레드바(21A∼21N)의 외주부에 요철부의 일 형태로서 형성되는 나사산은 그 간격이 시멘트 그라우트(35)와의 필요한 접촉면적에 따라 가변하여 형성되고, 예를 들어 시멘트 그라우트(35)와 연결 스레드바(21) 간의 접착력이 크게 요구되지 않는 경우에는 1인치당 1/2에서 필요에 다라 1∼4개까지 나사산을 형성할 수 있다.

더욱이, 상기 연결 스레드바(21)의 외주부에는 시멘트 그라우트용 호스(29)가 복수개의 밴드(31)에 의해 고정되어 있다.

상기한 바와 같은 앵커파일을 시공하는 경우에는 먼저 앵커파일을 설치할 설치공(27)을 구조물(1)의 지지강도를 고려하여 소정직경을 갖도록 연약 지반층(5)으로부터 암반층(7)의 소정깊이까지 수직(필요에 따라 소정각도로 이루어질 수 있음.)으로 천공한다.

이때 연약 지반층(5)의 기초면으로부터 소정깊이까지는 지반의 무너짐을 방지하기 위하여 강관(33)을 그의 하단부가 암반층(7)의 경계면에 접촉되도록 파일링한 상태에서 천공 작업을 하는 것이 바람직하다.

이후, 설치공(27)에 연결 스레드바(21)를 삽입하고, 설치공(27)내에 시멘트 그라우트용 호스(29)를 통해 시멘트 그라우트(35)를 주입하여 양생시킨다.

이 결과 연결 스레드바(21)를 코어로 하여 이를 소정두께로 시멘트 그라우트(35)가 둘러 싼 파일이 형성된다.

이어서 지표면으로 노출된 연결 스레드바(21)에 제5(a)도 및 제5(b)도에 도시한 바와 같이, 앵커너트(39A)를 소정길이 부분까지 나사체결하여 위치 설정시킨 후, 그 위에 강철판으로 된 고정판(41)을 결합하고, 다른 앵커너트(39B)를 체결하여 고정판(41)을 고정시킨다. 이 경우 고정력 보강의 필요에 따라 보강철근(43) 등을 고정판(41)과 연결 스레드바(21) 사이에 고정시킬 수 있다.

이와 같은 상태에서 고정판(41)이 매설되도록 기초부(11)를 시멘트 그라우트를 사용하여 형성하고 상기 기초부(11)를 이용하여 구조물을 축조한다.

상기와 같이 시공되는 본 발명의 앵커파일 공법은 기존의 파일공법과 같이 대형 항타장비 및 대구경 천공장비가 필요없이 소형 천공장비에 의해 시공 가능하며, 소음이 적고, 커플러(23)에 의해 어떠한 길이로도 연결 시공이 가능하다.

또, 소형 천공장비에 의해 시공되므로 지하철 공사현장 및 기존 구조물과 같은 협소한 공간에서도 쉽게 진입하여 작업이 가능하므로 본 공법은 협소한 지하 굴토에 구조물을 시공할 경우 및 기존 구조물의 기초 보강공사에 특히 유용한 공법이라 할 수 있다.

또한, 본 공법에 따라 시공된 앵커파일은 종래에 구조물의 침하방지를 하기 위하여 사용하는 파일과 융기를 방지하기 위하여 사용하는 지중앵커의 기능을 동시에 해결하는 기능을 갖는다.

즉, 앵커파일의 하단부가 암반층(7)에 고정되고 상단부가 기초부(11)에 고정되어 있으므로 지하수에 의한 부력에 대항하여 융기를 방지할 수 있으며, 또 연결스레드바(21)와, 이 연결 스레드바(21)를 둘러 싼 시멘트 그라우트(35)와 지반의 주면 마찰력에 의해 구조물의 중량에 의한 축력에 대항하여 침하를 방지할 수 있는 침하방지 및 융기방지의 지지구조를 형성한다.

따라서, 본 발명에 따르면 종래의 침하방지를 위한 파일공사와 융기방지를 위한 앵커공사의 두가지의 공사를 시행함으로써 요구되는 비용 및 시공기간에 비하여 본 공법 한가지로 대체할 수 있으므로 전체적인 시공비용 및 공기를 절감할 수 있는 이점이 있으며, 지하철 공사장 및 기존 구조물의 협소한 지하공간에서의 용이하게 작업할 수 있고, 소음이 적으므로 도심지 내의 구조물 공사에 특히 유용한 효과가 있다.

Claims (8)

1. 지층의 암반층 상부의 연약 지반층에 파일링되는 강관과;상기 강관의 내측으로 연약 지반층을 관통하여 암반층의 소정 깊이까지 천공되는 설치공에 삽입되고 요철부가 외주부에 형성된 복수개의 금속재 단위 지지봉이 연결되어 형성되는 연결 지지봉과;상기 지층에 형성된 설치공의 내부에 충전되어 상기 연결 지지봉과 결합됨과 아울러 상기 암반층과 결합되는 시멘트 그라우트와;상기 연결 지지봉의 상단부를 구조물의 기초부에 고정시키기 위한 고정수단을 포함하며, 구조물의 침하방지와 융기방지 기능을 겸하여 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 앵커파일.
2. 제1항에 있어서, 상기 연결 지지봉을 상기 시멘트 그라우트부의 중앙부에 고정시키기 위한 중심유지수단과, 상기 시멘트 그라우트를 충전시키기 위하여 연결 지지봉의 외주부에 길이방향으로 결합되는 시멘트 그라우트용 호스를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 앵커파일.
3. 제1항에 있어서, 상기 단위 지지봉은 외주부에 요철부로서 나사가 형성된 나사봉이고, 상기 연결 지지봉은 상기 복수개의 단위 지지봉을 나사가 내주면에 형성된 커플러에 의해 연결 고정한 것임을 특징으로 하는 앵커파일.
4. 제1항에 있어서, 상기 고정수단은 상기 기초부에 매설되고 상기 연결 지지봉의 상단부가 고정되는 고정판과;상기 연결 지지봉을 고정시키기 위하여 상기 고정판의 상, 하부에 위치하도록 상기 연결 지지봉의 상단부에 각각 체결되는 앵커너트로 구성된 것을 특징으로 하는 앵커파일.
5. 지층의 암반층 상부의 연약 지반층에 강관을 파일링하는 강관 파일링 단계와;상기 강관의 내측으로 연약 지반층을 관통하여 암반층의 소정 깊이까지 설치공을 천공하는 천공단계와;요철부가 외주부에 형성된 복수개의 금속재 단위 지지봉을 연결하여 연결 지지봉을 형성하고 이 연결 지지봉을 상기 지층의 설치공의 중앙부에 위치하도록 삽입하는 연결 지지봉 삽입단게와;상기 지층의 설치공에 시멘트 그라우트를 주입하고 양생시켜 상기 연결 지지봉과 암반층과 시멘트 그라우트를 강하게 결합하는 그라우팅 결속단계와;상기 연결 지지봉의 상단부에 고정판을 고정하고 이 고정판이 매설되도록 구조물의 기초부를 형성하는 기초부 형성단게를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 앵커파일의 시공방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 금속재 단위 지지봉은 나사봉이고, 상기 연결 지지봉은 상기 복수개의 단위 지지봉을 나사 커플러에 의해 연결 고정한 것임을 특징으로 하는 앵커파일의 시공방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 강관 파일링단계는 강관의 하단부가 상기 암반층의 경계면에 접촉되도록 파일링하는 것임을 특징으로 하는 앵커파일의 시공방법.
8. 제5항에 있어서, 상기 연결 지지봉과 고정판 및 기초부의 결합강도 보강을 위하여 상기 연결 지지봉의 상단부와 고정판을 보강철근으로 연결하고 상기 기초부를 형성하는 것을 특징으로 하는 앵커파일의 시공방법.